湘南地区烟叶中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的降解动态研究

肖新生，周向平，陈虹秀，侯佳佳，李佳颖

（1. 湖南科技学院化学与生物工程学院，湖南 永州 425199；2. 湖南省烟草公司永州市公司，湖南 永州 425100）

烟草是永州、郴州和衡阳等湘南地区的重要经济作物，其种植效益受病虫害的影响较大。使用除虫菊酯类化学农药对烟叶病虫害进行防治，可较大程度地保证烟草产量，维护烟农收益[1-3]。高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯是拟除虫菊酯类农药中的重要种类[4-9]，在烟草种植过程中广泛应用。尽管高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯是低毒性农药，但近期有研究表明，如果长期接触，就算是低浓度的接触也会对人体免疫、神经及血液循环等系统等产生不利影响。这些农药施用后在鲜烟叶中的降解规律以及在烘烤加工过程中的降解情况等尚未见报道，也缺乏不同地区土壤环境、气候差异引起高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯降解的相关数据。由此导致湘南地区烟农施药缺乏精准地指导，烟叶中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯残留超标的问题时有发生。目前，烟叶中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯含量大都采用气相色谱、半定量ELISA 等方法进行检测[10-12]。为了掌握湘南地区高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯在烟草中的降解规律以及末次施药与烟叶采摘之间的安全间隔期，笔者在永州市和宁远县开展了为期2 a 的田间试验，研究了分别喷施1 倍、2 倍和4 倍推荐量的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯后，农药在鲜烟叶和烤后烟叶中的降解情况，获得其农药残留特征，以期提出施药与采摘之间的安全间隔期，保障烟叶的质量安全。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器设备

1.1.1 供试试剂 氯氰菊酯标准品（99.0%，德国Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司），高效氯氟氰菊酯标准品（98.5%，德国 Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司）；氯氰菊酯乳油（有效成分含量5%，安徽生力农化有限公司），高效氯氟氰菊酯微乳剂（有效成分含量5%，山东润扬化学有限公司）；N-丙基乙二胺（PSA，Agela Technologies 公司），乙酸乙酯（色谱纯，德国Merck公司），正己烷（色谱纯，德国 Merck 公司），乙腈（色谱纯，德国 Merck 公司）。

1.1.2 仪器设备 GC2010 Plus 气相色谱仪（带ECDNi63 检测器，日本SHIMADZU），SQP 电子分析天平（瑞士SARTORIUS），A-10 basic 组织捣碎机（德国IKA），TG16 离心机（湖南凯达），R-1001VN 旋转蒸发仪（郑州长城），QGC-12T 氮吹仪（上海泉岛），SPE-12A 固相萃取装置（上海启前）。

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验 田间试验于2019—2020 年在湖南省烟草公司永州市公司烟叶生产技术中心冷水滩伊塘镇试验田和宁远县柏家坪下坝洞村试验田进行，供试烟草品种为云烟87。田间试验的方法与项目组前期甲霜灵、多菌灵、烯酰吗啉在烟叶中的降解动态研究文献报道的方法相同[13]。按有效成分用药量计算，分别喷施1 倍、2 倍和4 倍推荐量的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯，其中1 倍推荐剂量高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的用量（有效成分）分别为7.5、5.6 g/hm2，用水量675 L/hm2，施药方式为喷雾。间隔7 d 后，第2 次施药。分别于第2 次施药后2 h 和1、3、5、7 d 采样，此后每隔7 d 采样1 次，直至药后35 d。采集的鲜烟叶去除主脉切碎混匀后，采用四分法留取样品200 g，置于-18℃冰箱待检。

1.2.2 烤后烟叶农药残留量研究样品制备 在1.2.1中田间试验的小区内，于第2 次施药后的7、14、21 d 采集烟叶，按三段式工艺对烟叶进行烘烤。烤后烟叶均分后留取样品100 g，置于-18℃冰箱待检。

1.3 农药残留检测

1.3.1 农药残留检测前处理方法 干烟叶按烟草行业标准YC/T 405.2—2011[14]中的第2 部分气相色谱法进行处理，鲜烟叶按国标GB 23200.113—2018[15]所用前处理方法进行处理。

1.3.2 农药残留检测条件 GC 色谱条件：电子捕获检测器ECD，色谱柱（trx-5，30 m×0.32 mm，0.25 μm）；进样口温度210 ℃，检测器温度300 ℃；升温程序为初始温度50 ℃保持1 min，以25 ℃/min 升至150 ℃，再以5 ℃/min 升至260 ℃保持5 min，以10 ℃/min升至290℃保持10 min；载气为氮气，1.2 mL/min；尾吹气为氮气，15 mL/min；进样体积2 μL，不分流进样。待检目标化合物高效氯氟氰菊酯、氯氰菊酯和内标环氧七氯B 的气相色谱图如图1 所示。

图1 待测农药与内标典型气相色谱图

1.3.3 标准曲线与添加回收率 首先采用标准品配制浓度为100 mg/L 的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯单标标准溶液，分别用不含农药的鲜烟叶与干烟叶提取液作为基质液，采用梯度稀释法，配得含内标环氧七氯B（0.05 mg/L），农药浓度为0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2 mg/L 的混合标准溶液，并在1.3.2 的仪器条件下进行测定。然后以菊酯农药浓度与环氧七氯B 浓度比为横坐标，对应的菊酯类农药色谱峰面积与环氧七氯B 色谱峰面积比为纵坐标，利用LabSolutions 工作站以内标定量法得到线性方程。添加回收率试验中，分别向空白鲜烟叶和干烟叶中添加0.05、0.2、1 mg/kg 3个梯度的氯氰菊酯、高效氯氟氰菊酯，按照与未知样相同的程序进行样品前处理和检测，每个条件重复测定5 次。

2 结果与分析

2.1 农药残留定量分析方法参数的确定

以0.05 mg/L 的环氧七氯B 为内标，在0.005～2 mg/L 范围内，2 种农药与内标的峰面积比同质量比具有较好的线性关系。以3 倍信噪比作为最低检出限（LOD）计算的依据，2 种农药的LOD 分别为2.0×10-11和1.0×10-11g。研究中采用最小添加水平试验，得出2 种农药的定量限（LOQ）在0.01～0.03 mg/kg 之间（表1）。试验选取0.05、0.2、1 mg/kg 3 个水平，进行添加回收率试验，结果表明氯氰菊酯在3 个添加水平的回收率为89.5%～98.5%，相对标准偏差为1.8%～6.6%；高效氯氟氰菊酯在试验条件下的回收率为81.1%～101.5%，相对标准偏差为3.2%～8.1%。

表1 2 种农药在烟叶分析中的定量参数

2.2 鲜烟叶中农药降解规律

由图2 可知，第2 次施药2 h 后采样，1 倍、2倍和4 倍推荐施药量的烟叶中高效氯氟氰菊酯原始沉积量按干基计算分别为6.8、12.4、22.6 mg/kg。对于3 种施药浓度，鲜烟叶农药残留量随着采样间隔期的延长而下降，且降解速率先快后慢；施药5 d 后降解率均超过50%，14 d 后残留量分别降为1.5、3.1、4.0 mg/kg，21 d 时降解率均超过90%，21 d 之后农药残留量变化渐趋平缓，到35 d 时虽还未降解完全，但残留量已经较低。而氯氰菊酯的残留量结果表明，第2 次施药2 h 后，1 倍、2 倍和4 倍推荐施药量的烟叶中原始沉积量分别为1.4、2.4、3.3 mg/kg。14 d 后 残留量分别降为0.46、0.80、1.32 mg/kg，降解率均超过61%，但降解速度比高效氯氟氰菊酯要慢。

图2 不同用药量处理鲜烟叶农药残留量随施药时间的变化

采用excel 进行线性回归分析，按照指数方程进行拟合，得到鲜烟叶中农药残留消解动态方程及半衰期，由表2 可知，2 种农药在鲜烟叶中的残留降解动态方程均与一级动力学方程匹配，趋势线的相关系数在0.944 7～0.992 5 范围内。不同施药量的半衰期，高效氯氟氰菊酯为8.1～9.2 d，氯氰菊酯波动相对大些，为8.7～11.1 d。由于鲜烟叶还需经过烘烤加工，因此，该数据不代表最终烟叶中的农药残留量，但其明确了2 种农药在鲜烟叶中的降解规律。

表2 鲜烟叶中农药残留的消解方程及半衰期

2.3 烟叶烘烤过程的加工因子

鲜烟叶在烤制过程中会经历一定时间的高温处理，此时农药会有降解情况发生，但是不同农药在烘烤时降解速度各有快慢。为了比较2 种菊酯类农药烤制前后残留量的差异，考察了第2 次施药后7、14、21 d 采收的烟叶样品，结果如表3 所示，高效氯氟氰菊酯的加工因子（加工后农药残留与加工前农药残留的比值）为0.77～0.88，氯氰菊酯的加工因子为0.67～0.89。尽管烘烤过程中高温促使了农药的降解，但是其对微生物和酶的灭活作用也会使烤制后烟叶农药降解速度变慢。

表3 烟叶烘烤过程中高效氯氟氰菊酯与氯氰菊酯的加工因子

2.4 烤后烟叶中农药降解规律

烤后烟叶在存放过程中农药会逐渐分解导致残留量下降，而残留量下降速度与烟草农残安全性有较大关系。为了更好地判断不同存放期烟叶中农药残留的情况，研究中分别取第2 次喷药后7、14、21 d 采摘的烟叶，经过烤制、切丝混匀后置于纸箱中，在25℃、60%的恒温恒湿箱中，在烤后0、30、60 d 分别取样测定烟叶中高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯2 种农药的降解情况，如图3 所示。从图3A 中可以看出，施药后第7 天收获的烟叶，烤后0、30、60 d 高效氯氟氰菊酯的含量均超标（最大残留限量为1 mg/kg）[14]。第14 天收获的烟叶，只有推荐用量烟叶烤后60 d 的残留量未超标，而2 倍和4 倍推荐用量的烤后烟叶中高效氯氟氰菊酯含量均超标。虽然随着贮藏时间的延长，农药残留量下降，但仍超过了限量值。从图3B中可以看出，施药后第7 天收获的2、4 倍用量处理以及施药后第14 天收获的4 倍用药量处理的烤后烟叶氯氰菊酯含量均超过了限量值，存放60 d 以后，只有第7 天收获的烤后烟叶氯氰菊酯残留量超标。

图3 不同用药量处理烤后干烟叶中农药残留量随贮藏时间的变化

通过对含量变化曲线的拟合，得到的各个样品的半衰期如表4 所示，无论是氯氰菊酯还是高效氯氟氰菊酯，低浓度施药量的样品半衰期相对较短，最短的为102 d，最长的为377 d。

表4 烤后烟叶农药残留消解的半衰期

从研究结果可以看出，施药浓度、采摘间隔期、烘烤加工等都会对烟叶最终的农药残留量产生影响。为了确保最终产品中农药残留不超标，测定过程中的方法误差也必需考虑进来。根据烤后烟叶的农药残留情况、加工因子和鲜叶中农残降解动态方程，结合烟农施药习惯，对各个安全系数进行综合分析，进而推导出施药到采摘的安全间隔期。

从烤后烟叶农药残留和施药习惯看，高效氯氟氰菊酯的施药量不得超过推荐施药量的1 倍。施药量为推荐用药量1 倍时，高效氯氟氰菊酯的加工因子为0.87（7、14、21 d 采样加工因子的最高值），根据回收率测定误差最大为18.9%，按最终烤后烟叶残留量小于1 mg/kg 的标准，折合误差和加工因子，计算得出采摘时鲜烟叶高效氯氟氰菊酯含量最小值为1/（0.87×1.189）=0.97 mg/kg。根据1 倍量施药动态消解方程y= 5.157 7e-0.075x，当y=0.97，计算得x=22.3。因此，高效氯氟氰菊酯的收获安全间隔期为23 d。

根据氯氰菊酯在烤后烟叶中农药残留情况，施药量不得超过推荐施药量的2 倍。施药量为推荐用药量2 倍时，氯氰菊酯的加工因子为0.85（7、14、21 d 采样加工因子的最高值），根据回收率测定误差最大为10.5%，按最终烤后烟叶残留量＜1 mg/kg 的标准，折合误差和加工因子，计算得采摘时鲜烟叶氯氟氰菊酯残留量最小值为1/（0.85×1.105）=1.06 mg/kg。根据2 倍量施药动态消解方程y= 2.047 3e-0.063x，当y=1.06，计算得x=10.4。因此，氯氰菊酯的收获安全间隔期为11 d。

3 结 论

对湘南地区云烟87 中氯氰菊酯、高效氯氟氰菊酯2 种农药的残留量变化进行了研究，发现其鲜叶中农药降解趋势均与一级动力学方程匹配，在施药前期农药分解的速度相对较快，后期残留量逐渐下降并稳定到较低水平。在鲜烟叶中，喷洒农药28 d 后，农药残留量已处于比较低的状态，药后35 d 后农药残留普遍较低。

高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯在田间鲜烟叶中的降解动态与一级动力学方程匹配度较高，半衰期分别为8.1～9.2 d 和8.7～11.1 d；烟叶烘烤时的加工因子分别为0.77～0.88 和0.67～0.89；室温储存的烤后烟叶的高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的降解速度较慢，其半衰期在102～377 d。综合考虑烤后烟叶农药残留量和加工因子，建议：高效氯氟氰菊酯的施药量不宜超过1 倍推荐用药量，采摘间隔期为23 d，氯氰菊酯的施药量不宜超过2 倍推荐用药量，采摘间隔期为11 d。